[發明專利]商用隔膜基三明治結構聚合物復合固態電解質膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202110063274.5
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112909316B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 石琨;許爭杰;張衛新;楊則恒
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0565;H01M50/403;H01M50/414;H01M50/457
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發明公開了商用隔膜基三明治結構聚合物復合固態電解質膜及其制備方法，該聚合物復合固態電解質膜截面呈三明治結構，是在商用隔膜的兩側通過涂布聚合物漿料并烘干而形成有聚合物層。本發明提供的三明治結構聚合物復合固態電解質膜相對于單一聚合物固態電解質膜具有顯著提高的力學性能、電化學對鋰穩定性和循環穩定性，且本發明的技術方案工藝簡單、易于實施，利于推廣應用。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池聚合物固態電解質膜制備領域，具體涉及商用隔膜基三明治結構聚合物復合固態電解質膜及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于能量密度高、循環壽命長、無記憶效應等優點，作為新一代儲能設備被廣泛應用到便攜式電子設備、電網儲能系統、新能源汽車等領域。隨著鋰離子電池的需求增加，電池的安全性能越來越受到關注。然而，傳統鋰離子電池使用的液態有機電解質可能會產生的泄漏、易燃甚至爆炸等一系列安全問題，限制了其進一步發展和應用。固態電解質相較于傳統液體電解質具有可燃性低、熱穩定性高、無泄漏、爆炸風險低的優點，可以顯著提高鋰離子電池的安全性能。

固態鋰離子電池電解質主要分為無機固態電解質和聚合物固態電解質。無機固態電解質具有較高的鋰離子電導率以及較寬電化學窗口，然而制備工藝復雜、能耗高且與電極間界面阻抗大。聚合物固態電解質雖然制備工藝簡單、易于成膜、耐彎折且與電極間界面相容性優良，但存在室溫鋰離子電導率低、力學性能較差等不足。

為了解決單一無機固態電解質或聚合物固態電解質的以上問題，研究者們基于聚合物固態電解質，通過設計交聯結構、添加增塑劑或共混陶瓷填料等方式以制備各種類型的聚合物復合固態電解質。聚合物復合固態電解質集合了單一無機固態電解質與聚合物固態電解質的性能優勢，如具有顯著提升的鋰離子電導率、力學性能以及優良的界面相容性等。但這些方法制得的復合聚合物固態電解質仍鮮具有較優的室溫電化學循環穩定性及對鋰穩定性，且制備工藝較復雜、能耗較高，不利于大規模生產和應用。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種通用易行的聚合物復合固態電解質，通過引入商業化隔膜來構建三明治結構聚合物復合膜，以顯著提高聚合物固態電解質的力學性能、室溫電化學對鋰穩定性和循環穩定性。本發明還提供了該商用隔膜基三明治結構聚合物復合固態電解質膜的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供的商用隔膜基三明治結構聚合物復合固態電解質膜，呈三明治結構，是在商用隔膜的兩側設置有聚合物層；所述聚合物層是通過涂布聚合物漿料并烘干而形成。在聚合物復合固態電解質制備過程中，聚合物漿料會浸入多孔商用隔膜內部，形成一體化三明治結構。鋰離子在三明治結構聚合物復合固態電解質膜內通過聚合物的鏈段運動實現傳輸。本發明提供的三明治結構聚合物復合固態電解質膜具有優異的力學性能，并能有效抑制鋰枝晶生長，顯示出優異的室溫電化學循環穩定性和對鋰穩定性。

上述三明治結構聚合物復合固態電解質膜的技術方案中，所述商用隔膜為聚乙烯(PE)隔膜、聚丙烯(PP)隔膜、陶瓷涂布PE隔膜、陶瓷涂布PP隔膜、雙層PP/PP隔膜、雙層PP/PE隔膜和三層PP/PE/PP隔膜中的至少一種。